港珠澳大橋海中鋼管復合樁基礎施工技術

■陳華南 ■中鐵大橋局集團第五工程有限公司，江西 九江 332001

1 工程概況

港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域，大橋東接香港特別行政區(qū)，西接廣東省珠海市和澳門特別行政區(qū)，主體工程采用橋隧組合方案，其中隧道長約6.7km，橋梁長約22.9km［1］。該橋CB05 標非通航孔橋采用85m 連續(xù)組合梁橋形式，全長5440m，共62 個橋墩。每橋墩基礎采用6根鋼管復合樁，共有鋼管復合樁372 根。其中低墩區(qū)樁徑Ф2.0m 共計294 根、高墩區(qū)樁徑Ф2.2m 共計78 根。除190#墩設計為摩擦樁外，其余均為嵌巖樁。低墩區(qū)鋼管長度4.5～35.5m，樁長12～85m;高墩區(qū)鋼管長度15～25m，樁長27～78m。主線橋梁跨度布置見圖1。本項目北靠亞洲大陸，南臨熱帶海洋，屬南亞熱帶海洋性季風氣候區(qū)，受海洋風、浪、流、潮、霧、雨等環(huán)境因素的影響較大;橋址區(qū)處于熱帶氣旋路徑上，登陸和影響橋位的熱帶氣旋十分頻繁，據(jù)資料統(tǒng)計，平均每年2 個左右，最多時每年可達6 個，主要集中在6～10 月。橋址區(qū)潮汐屬不規(guī)則半日潮混合潮型，具有高潮位由外海向珠江口內(nèi)逐漸增大，低潮位由外海向珠江口逐漸降低的特點。設計平均水位0.54m，潮差1.5～2.0m。

圖1 主線橋梁跨度布置

橋址區(qū)覆蓋層淺，部分墩位覆蓋層僅有淤泥。基巖為晚侏羅世燕山第三期花崗巖(γ52(3))，巖面起伏大，基巖全強風化發(fā)育，風化差異顯著，全強風化基巖中常夾有中微風化殘留體，中微風化巖面起伏大，局部地段基巖受構造擠壓影響，裂隙發(fā)育，巖體軟硬不均。同一墩位采用等長樁布置，設計嵌巖深度最淺4m，最深達32.81m，巖性強度較硬達到100Mpa，鋼管復合樁施工難度大。

2 鋼管復合樁基礎施工

依據(jù)橋址水文、地質(zhì)條件及環(huán)保要求。鋼管復合樁施工方案采用“小天鵝”號運架一體船運輸導向架就位，浮吊起吊APE400B 型打樁錘插打定位樁完成后，“小天鵝”退出。浮吊起吊打樁錘逐根插打完成6根復合樁鋼管及鉆孔平臺支撐樁，吊裝整體桁架式鉆孔平臺安裝就位。鉆孔平臺上安裝3 臺沖擊鉆機鉆進，鉆進成孔后澆筑水下混凝土，達到強度后對樁基進行檢測，待樁基檢測合格后對檢測管壓漿，完成樁基施工，拆除鉆孔平臺。

2.1 復合樁鋼管樁插打

鋼管復合樁中的鋼管作為參與受力的主體結構，其打設精度要求非常高(傾斜度1/250，平面偏位50mm［2］)。復合樁鋼管最長達58.5m，重382.45t。作業(yè)海域水文、氣象條件復雜，無法采用打樁船懸吊打樁。為滿足復合樁鋼管施工精度要求，特設計制作可調(diào)整體式導向架提高復合樁鋼管的打設精度。整體式導向架由導向架架體和上、下導向裝置組成，整體式導向架結構示意見圖2。

圖2 整體式導向架結構示意

導向架架體分為上、中、下三層，各層均由型鋼焊接而成。上、中兩層四個角處設導向架套管，用于定位樁插打時導向。架體上、下兩層分別設置由導環(huán)和液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成的導向裝置。導向裝置與架體采用栓接。中層架體向外延伸出兩翼，可放置在“小天鵝”號甲板上的滑道梁上并滑動。

整體式導向架法施工的優(yōu)點:通過絞錨將“小天鵝”調(diào)整至縱橫向±20cm 范圍，完成一次定位;再依次通過導向架調(diào)位系統(tǒng)的縱、橫向液壓系統(tǒng)將導向架平面位置調(diào)整到位，采用鋼楔塊將調(diào)整好的導向架鎖定，完成二次定位。完成定位樁的插打并將導向架套管固定在定位樁上。然后在插打復合樁鋼管時利用導向架上的液壓導向裝置將導向4個方向的纖維輪頂推調(diào)整復合樁鋼管的平面位置及垂直度，使平面誤差精確至±5mm 內(nèi)，垂直度調(diào)整至小于1/250，三次精確定位完成。并使用APE400B 型打樁錘將復合樁鋼管依次插打完成。

2.2 鉆孔平臺搭設

鉆孔平臺采用桁架結構。平面尺寸橫向×縱向:36m ×21.1m。平臺弦桿主要由HN500 ×200 型鋼組成，腹桿由HW200 ×200 的型鋼組成，腹桿與弦桿之間均采用破口熔透焊焊接。橋面板鋪槽14 +4mm 花紋鋼板。平臺基礎由6 根復合樁鋼管和4 根支撐樁共同組成。施工平臺結構圖見圖3。

完成復合樁鋼管及支撐樁打設施工后，在復合樁鋼管及支撐樁樁身焊接牛腿作為支座。采用“雪浪”號浮吊，將桁架式鉆孔平臺整體吊裝至支座牛腿上，完成安裝。桁架式鉆孔平臺整體安裝見圖4。

圖3 施工平臺結構圖

圖4 整體裝備桁架式鉆孔平臺

2.3 鉆孔施工

鉆孔施工采用正循環(huán)沖擊成孔施工。正循環(huán)沖擊成孔是通過沖擊式裝置或卷揚機懸掛沖擊鉆頭上下反復沖擊，將硬質(zhì)土或巖層破碎成孔，部分碎渣及泥漿擠入孔壁中，大部分鉆渣由泥漿正循環(huán)帶出孔外，或用撈渣筒撈出孔外，這樣循環(huán)往復，直至鉆至設計深度。

根據(jù)海上鉆孔樁耐久性要求，鉆孔樁施工需采用淡水拌制泥漿。因橋址區(qū)覆蓋層多為淤泥、粉質(zhì)粘土。在開孔前，先將孔內(nèi)的海水抽干，注入淡水。開孔后，利用覆蓋層內(nèi)的海泥并投放粘土造漿，按照抽檢頻率檢查泥漿指標情況，及時補充淡水及粘土，確保泥漿質(zhì)量。鉆進過程中應注意觀察地質(zhì)情況并做好原始記錄，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與地質(zhì)勘探報告不一致，及時報告，以便采取相應的措施。

2.4 清 孔

依設計要求終孔后，開始一次清孔。清孔過程中對鋼管復合樁孔內(nèi)壁進行掃孔，掃除鉆孔施工中形成的過厚泥皮。提高復合樁鋼管與成樁混凝土的粘結;減少鋼筋籠安裝過程中，因鋼筋籠晃動刮落孔壁上過厚的泥皮，致使泥皮沉入孔底或包裹在鋼筋籠上，給二次清孔造成困難，影響成樁質(zhì)量。待泥漿質(zhì)量及孔底沉渣均合符規(guī)范要求后，采用超聲波檢孔儀對孔徑、孔型及傾斜度等進行檢測，檢測結果上報監(jiān)理工程師復查并存檔。

2.5 鋼筋籠施工

鋼筋籠生產(chǎn)采用車間工廠標準化制作，制作完成后利用船舶海運至樁位處，采用浮吊安裝鋼筋籠施工。潮汐、風浪對其穩(wěn)定性影響很大，鋼筋籠直螺紋套筒連接安裝質(zhì)量及安全難以控制。為確保質(zhì)量及安全，特設計了鋼筋籠安裝支架。鋼筋籠安裝支架由鋼筋籠安裝支架架體及4 個5t 手拉葫蘆組成，鋼筋籠安裝支架見圖5。

鋼筋籠安裝支架的優(yōu)點:浮吊將鋼筋籠喂入支架后，由手拉葫蘆受力并調(diào)整對接安裝鋼筋籠，浮吊不受力，受風浪影響較小，能確保鋼筋籠安裝施工的質(zhì)量及安全。

圖5 鋼筋籠安裝支架進行鋼筋安裝施工圖

圖6 水下混凝土灌注示意

2.6 樁基混凝土施工

該橋混凝土均采用大型海上混凝土工廠船舶供應，風浪對混凝土船體及布料桿的穩(wěn)定性影響極大。為克服風浪影響并加快混凝土灌注速度，樁基混凝土灌注設備采用灌注架、料斗、導管架等協(xié)同接力灌注。樁基混凝土灌注示意見圖6。

其優(yōu)點在于:(1)因儲料斗口徑大，布料桿可直接伸入儲料斗內(nèi)澆筑，可減小風浪的影響;(2)利用儲料斗可確保首盤混凝土料滿足導管底端首次埋深大于1m 的要求;(3)利用儲料斗澆筑，在拆除導管時，不必將布料桿擺出灌注孔位，且能繼續(xù)往儲料斗泵送混凝土，待拆完導管后，打開閥門放料，有效節(jié)省混凝土灌注時間，確保成樁混凝土質(zhì)量。

3 關鍵工序質(zhì)量控制措施

3.1 鉆孔質(zhì)量控制措施

(1)施工過程中根據(jù)潮位變化及時調(diào)整孔內(nèi)水位，始終保持孔內(nèi)水位高出海水位2.0—3.0m，確?？妆谌魏尾课混o水壓力不小于0.02MPa。

(2)根據(jù)土層條件及現(xiàn)場特點，采用正循環(huán)鉆孔、清孔工藝，選擇合適的鉆孔進尺速度，控制好泥漿比重等各項泥漿指標，防止出現(xiàn)粘錘、埋鉆、梅花孔等現(xiàn)象。

(3)進入護筒底口后，調(diào)整鉆頭位置，確保鉆頭在鉆孔及提鉆過程中不碰撞護筒，以免破壞護筒底口護壁。如覆蓋層過淺，護筒底口處于淤泥層與風化巖交界處，則鉆進至護筒底口時，向孔內(nèi)投入一定數(shù)量的粘土和片石進行造壁，必要的時候加入鋸末、麻布、棉絮、膨潤土或水泥等造壁材料，并且減小沖程鉆進，以免發(fā)生穿孔漏漿、偏孔等事故，待通過護筒底口3—5m 后恢復正常鉆進。

3.2 清孔質(zhì)量控制措施

(1)確?？妆谏蠜]有過厚泥皮。清孔前必須掃孔，掃孔的標準以鋼絲刷上再無泥塊為準，一般清孔時間超過三天，則需再次掃孔，直至清孔完成。

(2)嚴格控制清孔泥漿指標。采用正循環(huán)清孔時，泥漿密度及粘度不宜過小，否則影響孔壁穩(wěn)定，并影響泥漿懸浮鉆渣的能力，降低清孔效果。為確保下完鋼筋籠后的清孔質(zhì)量。一次清孔至下鋼筋籠前，泥漿指標控制為:相對密度1.08～1.15t/m3;粘度18～22;含砂率不大于2%。下完鋼筋籠后二次清孔，應在孔底取泥漿進行性能指標檢測，泥漿達下列指標后方可終止清孔:相對密度1.03～1.10t/m3;粘度17～20;含砂率＜2%。

3.3 樁基混凝土灌注質(zhì)量控制措施

(1)確保首批混凝土澆筑量。首批混凝土的數(shù)量對確保水下混凝土澆筑質(zhì)量十分關鍵，混凝土初澆筑量應滿足導管底端首次埋置深度不小于1.0m。

(2)保證混凝土灌注使用的導管壁厚。由于海水的腐蝕以及海工耐久混凝土的摩擦力對導管內(nèi)壁的損壞較大，對于50m 以上的深長樁必須使用壁厚大于6mm 的導管，并且絲扣為平絲。

(3)控制導管埋置深度?；炷翝仓^程中，經(jīng)常探測樁孔內(nèi)混凝土面位置，及時調(diào)整導管埋置深度，控制導管埋置深度在2～6m 之間。

(4)控制混凝土性能?；炷亮蠎獓栏癜丛O計配合比來控制，其坍落度應控制在180～220mm 范圍內(nèi)，坍落度過小，則易堵管且一樁身混凝土易出現(xiàn)“蜂窩、狗洞”;坍落度過大，則樁頂浮漿過多，且易離析。

4 結束語

目前，該橋CB05 標非通航孔橋段鋼管復合樁基礎已全部施工完成。其復合樁鋼管打設精度最小平面位置偏差為±2mm，傾斜度為1/4000;最大平面位置偏差為±46mm，傾斜度為1/276，鉆孔灌注樁I 類樁的比例高達95.2%。在鋼管復合樁的施工過程中，追求零傷害、零污染、零事故，在健康、安全與環(huán)境管理方面達到國際同行業(yè)先進水平，為實現(xiàn)港珠澳大橋建設管理目標提供保障。其施工技術可供以后海上鋼管復合樁基礎施工借鑒。

［1］羅扣，王東暉，張強.港珠澳大橋淺水區(qū)非通航孔橋組合梁設計［J］.橋梁建設，2013，43(3):99 -102.

［2］中鐵大橋勘測設計院集團有限公司，合樂集團有限公司聯(lián)合體.港珠澳大橋主體工程橋梁工程CB05 標專用技術規(guī)范［Z］.珠海:2011.